江西营水文站水位流量单值化分析

徐 骏

（陕西省汉中水文水资源勘测中心,陕西 汉中 723000）

1 基本概况

1.1 流域概况

南郑区,隶属于陕西省汉中市,位于陕西省汉中的西南地区,北临汉江河,南边是巴山山脉,属于大巴山地和汉中、安康低山丘陵盆地过渡区,地势南高北低,山区占57%。丘陵浅山区占28%,平川区占15%。其区域内的主要河流有漾家河、冷水河、濂水河等。属北亚热带湿润气候,年平均气温14.2℃,年平均降水量970 mm。

江西营水文站位于陕西省南郑区红庙镇五龙村,河流名称为喜神坝河,属于长江流域汉江水系,喜神坝河是汉江南岸一级支流濂水河的较大支流,发源于川陕交界处的巴山北麓的牛头梁山脉,河流从南向北流经喜神坝、红庙、红士、塘坊乡,至水井乡的横店子与西来的白崖河相汇,称为濂水河,在大河坎镇中咀村汇入汉江。濂水河其流域面积为683 km2,河流全长70 km。

1.2 测站概况

江西营水文站始建于1960 年5 月,江西营水文站位于喜神坝河上游,为巴山北麓区域的代表性站,该站属于省级基本水文站,是汉江上游地区的小面积流域代表性站,该站承担着向汉中市防办、南郑区防办等防汛部门提供防汛雨水情信息,同时也是下游红寺坝水库的进库站。江西营水文站集水面积为84.3 km2,距入河河口里程52.1 km。断面下游700 m为红寺坝水库库区,水库大坝位于断面下游约5.6 km 处,水库下泄水量汇入濂水河。该站设有的观测项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发。

1.3 水文特征

2013 年实测建站以来最大流量586 m3/s（7 月22 日）,相应水位98.33 m（比降面积法）,多年平均降水量1200 mm,多年平均流量2.48 m3/s,多年平均径流量0.7825 亿m3。重现期5 年一遇的洪水流量206 m3/s,10 年一遇的洪水流量284 m3/s,20 年一遇洪水流量363 m3/s,30 年一遇的洪水流量413 m3/s。

2 测验断面

2.1 断面和洪水特征情况

江西营水文站断面位于红寺坝水库回水线以上,测验断面河段比较顺直,两岸为变质岩,无崩塌现象。区域内流域形状大致为扇形,具有源短、河小、产流快的特点,是典型的山溪性河流。该站洪水主要为山区内降雨产生的地表径流,洪水涨落差较大,呈暴涨暴落趋势,多成单式洪峰,水位流量关系相对稳定。

水位流量关系的变化主要由水体流速（V）,以及该断面的面积（A）的变化而变化,河道断面面积受河道涨水的冲淤影响而改变,故2015 年南郑区政府对本站断面上下游各50 m 的河岸进行了浆砌整理,岸坡用石料浆砌,断面比较规整,2021 年3 月汉中水文勘测中心对该站基本断面上下游11 m,进一步将护岸缩窄,混凝土灌注,河床用钢筋铺设加固,对河底进行了混凝土硬化处理,厚度达0.5 m,堰体处呈V 字形态。堰高高度为0.53 m,中间为V 型形态,堰底为平底,距堰底最低处高度0.54 m,堰宽21.6 m,堰上部分呈梯形,梯形护坡与V 型堰中间有一小段为90°陡坡,其余为梯形,坡比为60°。经过多次对江西营水文站的断面进行人工修建和改变,其断面形态为人工混凝土,很难受到冲刷的影响,因此该站的断面相对稳定,不受外界因素的干扰而产生变化。江西营站“V”型量水堰断面图见图1。

图1 江西营站V 型量水堰断面图

2.2 测验设施设备情况

江西营水位站在基本断面共设有3 支水尺,其中P1、P2 为直立式钢管水尺,P3 为斜坡水尺,设立在V 型堰行进槽的上端。堰口处设有2 支水尺,分别为B1、B2。基本断面水尺最高可观测至99.50 m,其相应流量在950 m3/s 左右,抗洪能力为100 年一遇。同时设有上下比降水尺共6 支,间距为120 m,基线位于右岸长60 m,在基本断面右岸架设有雷达水位计两台,在大洪水期间可保证水位观测过程的完整性。在位于右岸的平台处架设闭口式全自动缆道一套,主索跨度66 m,左右岸均为钢型支架,左岸支架高6 m,右岸高2 m,设计测洪能力为30 年一遇洪水,实际测洪能力10 年一遇洪水。

2.3 测验断面情况

2021 年6 月V 型堰建成之后,对该站的大断面总计进行了三次测量,河床底部有部分的淤积,但相对来说本站V 型堰建成后,断面稳定,水流状态稳定,由于堰口的抬升,断面的比降减小。对于本站这种小河三类精度站,流量测验相较以前,精度得到了保证,由于断面平均流速减小,缆道测验幅度增加了,稳定性提高了,所以水位流量关系稳定且单一,其断面形状见图2。

图2 江西营站实测大断面图

3 资料分析

3.1 资料选取

2021 年6 月13 日江西营站V 型堰建成,断面发生了新的变化,为了保证资料的一致性,因此资料选取2021 年6 月13 日V 型堰建成之后至2022 年7 月的实测流量成果数据,共计149 次。2021 年实测点子共计104 次,发生洪水场次8 次,其中缆道实测95 次,基下65 m 临时断面实测9 次,2021 年测得最大洪水流量为151 m3/s,水位96.94 m,相当于5 年一遇。2022 年1 月～7 月的流量资料共计45 次,其中缆道实测17 次,临时断面实测28 次,实测最低水位95.13 m,对应流量0.658 m3/s,水位变幅1.81 m。另外为了验证临时断面的流量是否达到了精度要求,故用ADCP 剖面流速仪施测3 次,其结果和人工基下65 m 处测得的流量在一个系列上,没有脱离点群中心。低水位在基本断面无法采用缆道测流,因此选择在基下65 m处涉水测流,其基本断面至基下65m 处,区间内无支流和外水的加入和流出,因此可以视为同等流量。

3.2 水位流量单值化综合曲线分析

根据《河流流量测验规范》[1]（GB/T 50179-2015）的要求,按照《水文资料整编规范》[2]（SL 247-2020）,点绘江西营站2021 年～2022 年7 月的水位流量关系图,律定出水位流量关系综合曲线,见图3。从图3 中可以看出,综合关系曲线位于点群中央,分布呈带状,无明显偏离,综合线关系较好。

图3 江西营水位流量关系图

3.3 误差分析

（1）根据《水文资料整编规范》[2]（SL 247-2020）的要求,单一曲线的标准差如下:

式中：Se为实测点标准差,%；Qi为第i 实测点的流量（作为单值化处理的单一线中第i 次校正流量或校正流量因素,无量纲）,m3/s；Qci为第i 实测点的流量Qi相应的曲线上的流量（或作为单值化处理的单一线中第i 次校正流量或校正流量因素相应的曲线上的校正流量或校正流量因素,无量纲）,m3/s；n 为实测点总数。

（2）随机不确定度可按式（3）计算：

（3）实测点与关系线无明显系统偏离时,系统误差可采用实测点（或校正点）对关系线相对误差的平均值。

采用单一曲线法定线时,流速仪法测流定线精度应符合《水文资料整编规范》[2]（SL 247-2020）5.3.2 表2 的规定。

表1 水位流量关系定线精度指标表

对江西营站2021 年～2022 年共计149 次实测点子与关系线进行符号检验、适线检验和偏离数值检验,得出江西营站水位流量关系曲线检验计算成果见表3。

表2 江西营站2021 年水位流量关系曲线检验计算表

4 结语

通过近两年的资料分析,结果表明江西营水文站水位流量关系满足单值化的要求,该站属于三类精度站,对该站2021 年、2022 年的实测流量确定综合水位流量关系曲线,经过三项检验,综合水位流量关系曲线的随机不确定度为6.8%＜12%。系统误差0.2%＜2%,满足规范规定的单一线的要求。根据以上资料的分析结果,江西营站流量测验在150 m3/s,对应水位在96.94 m 以下和水位在95.13 m 以上,流量可以实行间测,水位在96.94 m 以上,95.13 m 以下流量测验按照测站要求进行。这样大大解放了生产力,减少了基层人员,把人员投入到其他新的工作当中。

由于本次分析水位变幅有限,没有150 m3/s 以上的流量实测的资料,建议以后在合适的水流状态下加强实验研究,提高单次测验精度,增加试验数据,提高试验幅度,延长该站水位流量关系曲线。